CN101030456A

CN101030456A - 核电站废物处置方法

Info

Publication number: CN101030456A
Application number: CN 200710061676
Authority: CN
Inventors: 历炳祥; 李建胜; 贾鹏宙; 范新民; 王清亮; 陈建虎; 雷震
Original assignee: 王芳
Priority date: 2007-04-05
Filing date: 2007-04-05
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2027-04-05
Also published as: CN100580817C

Abstract

本发明涉及一种核废物处理技术，具体为一种核电站废物处理方法。解决了现有技术中存在的普通水泥固化安全性差、浸出率低、核放射元素吸附能力差的问题。是将粒径为100～400×10^－9米的沸石按照5～30％的重量比例添加到水泥中，然后与核废物混合浇铸即可。采用本发明所述的方法后，水灰比可达到0.56～0.6，浸出率和抗压强度均符合国家标准，创造性地解决了纯水泥固化核电站中的核废料如废树脂耐水性差的难题。

Description

核电站废物处置方法

技术领域

本发明涉及一种核废物处理技术，具体为一种核电站废物处置方法。

背景技术

核电站在利用核能发电的同时要产生核废液、核废料、核垃圾等核废物，这些核废物带有很强的放射性，对自然环境和生物具有强烈的破坏作用，所以如何有效地处理这些核废物是安全利用核能的关键。目前国内外处理核废物的办法主要有：高放废物，集中反应；中低放废物，固化处理，然后深埋或沉入深海。核废物处理关键在于如何使其有效固化，现有固化一般采用玻璃固化、陶瓷固化、水泥固化等办法。特别是水泥固化具有工艺简单，即将核废物与水泥混合浇铸成一立方的块体，这种办法由于无须高温，一次性投资少等优点而得到广泛使用，但是传统的硅酸盐水泥有对放射性核素(如⁹⁰SR、¹³⁷CS)吸附性能差、持久性差，而且由于其孔隙率高，一般在水灰比超过0.3后容易出现泌水现象，即核废水容易渗出而造成核渗漏；特别是处理核树脂，在普通的水泥固化核树脂过程中，由于核树脂本身发生一系列物理变化而导致核树脂在普通的水泥块体中收缩形变，水泥块体容易发生破裂而渗漏，所以处理能力有限，导致水泥固化存在安全隐患的问题。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的普通水泥固化安全性差、浸出率低、核放射元素吸附能力差的问题而提供了一种核电站废物处置方法。

本发明是由以下技术方案实现的：一种核电站废物处置方法，是将粒径为100～400×10^-9米的沸石按照5～30％的重量比例添加到水泥中，然后与核废物混合浇铸即可。

如果用来处置的核废物为核废液，则水灰比为的范围为0.3～0.6。

如果用来处置的核废物为核废料或核垃圾，则水灰比的范围为0.19～0.35，核废料或核垃圾掺入到水泥石立方体积中占的量为15％～60％。

沸石最好为丝光沸石。由于其为火山岩浆喷发冷凝后的岩层，其内表面积很大，能够有效吸附铀，特别是在水泥中的掺量5％时对吸附锶有利，当掺量达到5％以上时对固化铯有利。当沸石达到纳米量级后，在加工过程中该物质性能产生变化，光磁效应、隧道效应，颗粒的内能和表面能增大，当其添加入水泥中后可加快水泥诱导期和加速期的水化反应，使汽-液-固三相通过过饱和达到相应的浓度梯度，改善了水泥凝固的三维结构，同时改善水泥砼的堆积密度，既减表面水又减间隙率，使胶团产生聚合再聚合的作用。新拌的水泥浆体主要有Ca(OH)₂和C-S-H凝胶体组成，这两种性质对水化水泥浆体有举足轻重的影响。Ca(OH)₂在毛细管内成核并生长，它的存在不仅使水泥石变酥变软，而且促使不稳定的C-S-H凝胶体分解，新搅拌水泥浆的微观结构表明：C-S-H凝胶体的形成有助于系统强度提高而且增加其对核废料的吸附和包容能力，其原因是它能够缩小毛细孔孔径而纳米级别的沸石恰恰能与水泥浆体中25％的Ca(OH)₂反应，其产物是C-S-H凝胶，1nm厚度延成106nm，同时改善水泥中硅钙比例(从2.2降至0.9左右)，增加了硅酸盐链长(从2.6增加到3.2左右)。缩小了水泥砼的空隙率，将其从75000降低到100(占75％)，而水分子直径为250左右，空气分子为160左右，故有效地降低了核废水的浸出率，同时阻隔外部水的侵入。

在处理核电站产生的核废液方面的有益效果，在非放材料的实验中，不添加本发明中所述的沸石材料后水泥固化块水灰比超过0.32就出现泌水现象，(目前大亚湾采用的水灰比为0.32)而采用本发明所述的方法后，水灰比可达到0.56～0.6，浸出率和抗压强度均符合国家标准，这样一来按照每立方米1240公斤水泥计算，利用本发明可以比传统的水泥固化多处理364～374公斤的核废液，每立方米固化体可节省处置存放费1～3万元。

在处理核电站产生的核废物或核垃圾方面的有益效果，以废树脂为例，本发明开创了以纯水泥处理核废料的先例，采用本发明所述的技术后对核废物包容量可以打到50～60％的体积比例。检测显示固化体表面和内部无游离液体，固化体抗冲击性、抗浸泡性、抗冻融性合格；抗压强度大于19.0MPa(而国内标准大于7MPa即为合格，铀浸出率小于5×10^-8cm/d，积累浸出分数小于1×10^-5cm，均满足浅地层处置标准铀浸出率低于5×10-5cm/d的要求。试块浸泡90天后，抗压强度没有降低或变松散，仍然保持在22～38MPa且浸出率均符合国家标准，创造性地解决了纯水泥固化核电站中的核废料，特别是废树脂固化体耐水性差的难题。

具体实施方式

实施例1

一种核电站废物处置方法，是将粒径为100×10^-9米的沸石按照5％的重量比例添加到水泥中，然后与核废物混合浇铸即可。

如果用来处理的核废物为核废液，则水灰比为的范围为0.3。如果用来处理的核废物为核废料或核垃圾，则水灰比的范围为0.19，核废料或核垃圾掺入到水泥石立方体积中占的量为15％。

实施例2

一种核电站废物处置方法，是将粒径为400×10^-9米的沸石按照30％的重量比例添加到水泥中，然后与核废物混合浇铸即可。

如果用来处理的核废物为核废液，则水灰比为的范围为0.6。如果用来处理的核废物为核废料或核垃圾，则水灰比的范围为0.35，核废料或核垃圾掺入到水泥石立方的体积中占的量为60％。

实施例3

一种核电站废物处置方法，是将粒径为327.7×10^-9米的沸石按照10％的重量比例添加到水泥中，然后与核废物混合浇铸即可。

如果用来处理的核废物为核废液，则水灰比为的范围为0.4。如果用来处理的核废物为核废料或核垃圾，则水灰比的范围为0.25，核废料或核垃圾掺入到水泥石立方体积中占的量为40％。

实施例4

一种核电站废物处置方法，是将粒径为200×10^-9米的沸石按照20％的重量比例添加到水泥中，然后与核废物混合浇铸即可。

如果用来处理的核废物为核废液，则水灰比为的范围为0.5。如果用来处理的核废物为核废料或核垃圾，则水灰比的范围为0.30，核废料或核垃圾掺入到水泥石立方体积中占的量为50％。

Claims

1、一种核电站废物处置方法，其特征在于：是将粒径为100～400×10^-9米的沸石按照5～30％的重量比例添加到水泥中，然后与核废物混合浇铸即可。

2、根据权利要求1所述的核电站废物处置方法，其特征在于：如果用来处理的核废物为核废液，则水灰比为的范围为0.3～0.6。

3、根据权利要求1所述的核电站废物处置方法，其特征在于：如果用来处理的核废物为核废料或核垃圾，则水灰比的范围为0.19～0.35，核废料或核垃圾掺入到水泥石立方体积中占的量为15％～60％。

4、根据权利要求1所述的核电站废物处置方法，其特征在于：沸石为丝光沸石。

5、根据权利要求1或4所述的核电站废物处置方法，其特征在于：沸石的粒径为327.7×10^-9米。

6、根据权利要求1或2所述的核电站废物处置方法，其特征在于：水灰比为的范围为0.56～0.6。

7、根据权利要求1或3所述的核电站废物处置方法，其特征在于：水灰比的范围为0.25～0.30，核废料或核垃圾掺入到水泥石立方体积中占的量为15％～50％。